(57)【要約】  自動車両用の交流機械の回転子の位置および速度を推定する方法を提供する。その方法は、３相基準座標系における機械の固定子電流、および３相基準座標系における機械の固定子電圧の値を求めるステップと、２相基準座標系における固定子電流の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電流に基づいて求めるステップと、２相基準座標系における固定子電圧の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電圧に基づいて求めるステップと、回転子の速度を、２相基準座標系における固定子電圧、および調節パラメータに基づいて反復して求めるステップと、２相基準座標系における機械の固定子磁束を、回転子速度および除去パラメータに基づいて求めるステップと、回転子の位置を、２相基準座標系における固定子磁束、２相基準座標系における固定子電流、および等価インダクタンスに基づいて求めるステップとを含む。【選択図】図２
2019519189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両用の交流機械の回転子の位置および速度を推定する方法であって、
３相基準座標系における前記機械の固定子電流、および３相基準座標系における前記機械の固定子電圧の値を測定するステップと、
前記固定子電流の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における前記固定子電流の関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
前記固定子電圧の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における前記固定子電圧の関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
前記回転子の速度を、２相基準座標系における前記固定子電圧、および設定パラメータの関数として反復して求めるステップと、
前記機械の固定子磁束を、前記回転子の前記速度および除去パラメータの関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
前記回転子の位置を、２相基準座標系における前記固定子磁束、２相基準座標系における前記固定子電流、および等価インダクタンスの関数として求めるステップと
を含むことを特徴とする推定方法。
【請求項２】
前記除去パラメータが、固定子抵抗、２相基準座標系における前記固定子電流、２相基準座標系における前記固定子電圧、および設定パラメータの関数として求められる、請求項１に記載の推定方法。
【請求項３】
前記電気機械が同期タイプのものであるとき、前記等価インダクタンスが、前記固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定される、請求項１または２に記載の推定方法。
【請求項４】
前記電気機械が非同期タイプのものであるとき、前記等価インダクタンスが、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として求められる、請求項１または２に記載の推定方法。
【請求項５】
電磁トルクが、２相基準座標系における前記固定子磁束、および２相基準座標系における前記固定子電流の関数として求められる、請求項１から４のいずれか一項に記載の推定方法。
【請求項６】
自動車両用の交流機械の回転子の位置および速度を推定するシステムであって、
固定子電流の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における前記固定子電流の関数として、２相基準座標系において求める第１の手段と、
固定子電圧の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における前記固定子電圧の関数として、２相基準座標系において求める第２の手段（１２）と、
前記回転子の速度を、２相基準座標系における前記固定子電圧の関数として、反復して求める第３の手段（１３）と、
固定子磁束を、前記回転子の前記速度、ならびに測定ノイズおよび偏差の除去パラメータを求める第４の手段によって導出される該パラメータの関数として、２相基準座標系において推定する手段（１５）と、
前記回転子の位置を、２相基準座標系における前記固定子磁束、２相基準座標系における前記固定子電流、および等価インダクタンスの関数として求める第５の手段（１６）と
を備えることを特徴とする推定システム。
【請求項７】
前記第４の決定手段（１４）が、２相基準座標系における前記固定子電流、２相基準座標系における前記固定子電圧、および前記回転子の前記回転速度の関数として、前記測定ノイズおよび偏差除去パラメータを求めることができる、請求項６に記載の推定システム。
【請求項８】
前記電気機械が同期タイプのものであるとき、前記等価インダクタンスが、前記固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定される、請求項６または７に記載の推定システム。
【請求項９】
前記電気機械が非同期タイプのものであるとき、決定手段が、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として、前記等価インダクタンスを求める、請求項６または７に記載の推定システム。
【請求項１０】
２相基準座標系における前記固定子磁束、および２相基準座標系における前記固定子電流の関数として電磁トルクを求める第６の手段（１７）を備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、自動車両用の電気機械の制御であり、より具体的にはその種の制御に関する数量の推定である。
【背景技術】
【０００２】
電気機械に対する精巧な制御手法は、回転子の位置および／または速度に関する正確な情報を必要とする。これら機械的数量は、従来、測定されている。
【０００３】
そのような制御機構には、交流機械の動的性能レベルの方が、直流機械の動的性能レベルより適している。他方、強力なディジタルコンピュータ、高いスイッチング周波数を有する電力構成要素、および回転子に結合されたエンジンシャフトに連結された幾つかの追加のセンサが、そのような精巧な制御のために必要になる。
【０００４】
電気機械の制御機構において、回転子の位置および／または速度を測定するために機械的センサを使用すると、多数の制約が生じ、それら制約の中に、センサおよびそれらセンサに関連する電子回路の付加的費用、センサおよびそれらセンサの配線の設置のための容積、センサの環境（温度、ノイズ、機械的振動、電磁適合性など）に対するセンサの耐性、ならびにシステムの信頼性を低下させるセンサの不具合またはセンサの接続部の不具合の可能性を挙げることができる。
【０００５】
これら制約が、一部の用途においてセンサの使用を制限し、不可能にすらする。そのため、回転子の位置および角速度を測定する機械的センサを、電流および電圧の測定値を使用することによって回転子の位置および角速度の数量を推定する推定アルゴリズムに置き換える努力がなされている。
【０００６】
現況技術から、以下の文書が知られている。
【０００７】
文書、米国特許出願公開第２０１３／０２８９９３４（Ａ１）号は、機械の電圧および電流の信号から固定子磁束を推定する方法であって、次いで、それを使用して、固定子磁束から機械の回転子磁束を推定する、方法を記述する。その方法は、電気角およびその微係数を求めることをさらに含む。この方法は、同期機械のみに適用され、巻線型回転子機械に応用することはできない。
【０００８】
文書、米国特許出願公開第２００７／０１９４７４２（Ａ１）号は、厳密な言葉通りの測定器を用いるのではなくて正弦波の偏移によって磁束を推定することを記述する。
【０００９】
文書、中国特許第１０２９８３８０６号は、固定子磁束を推定する簡単な技法を記述する。
【００１０】
文書、中国特許第１０２４３７８１３号は、永久磁石同期機械に関して、回転子磁束から回転子の角度および速度を遡求する方法を記述する。さらに、この文書の教示には、回転子の電圧および電流の基本波の抽出に物理的フィルタを徹底的に使用することが含まれる。
【００１１】
文書、欧州特許第３０１２９６２号は、磁束の推定によって、巻線型回転子同期機械に関して位置を推定する方法を記述する。この方法では、各相のインダクタンス、および固定子と回転子との間の相互インダクタンスを知る必要がある。
【発明の概要】
【００１２】
既存の方法に対して改善されたものであり、どのタイプの交流機械（同期式および非同期式）にも適用することができ、機械のパラメータおよび測定ノイズに関してより優れた頑健性を発揮することができる、電気機械を制御する方法が必要である。
【００１３】
本発明の主題は、自動車両用の交流機械の回転子の位置および速度を推定する方法である。本方法は、
３相基準座標系における機械の固定子電流、および３相基準座標系における機械の固定子電圧の値を求めるステップと、
固定子電流の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電流の関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
固定子電圧の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電圧の関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
回転子の速度を、２相基準座標系における固定子電圧、および設定パラメータの関数として反復して求めるステップと、
機械の固定子磁束を、回転子速度および除去パラメータの関数として、２相基準座標系において求めるステップと、
回転子の位置を、２相基準座標系における固定子磁束、２相基準座標系における固定子電流、および等価インダクタンスの関数として求めるステップと
を含む。
【００１４】
除去パラメータは、固定子抵抗、２相基準座標系における固定子電流、２相基準座標系における固定子電圧、および設定パラメータの関数として求めることができる。
【００１５】
電気機械が同期タイプのものであるとき、等価インダクタンスは、固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定することが可能である。
【００１６】
電気機械が非同期タイプのものであるとき、等価インダクタンスは、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として求めることが可能である。
【００１７】
電磁トルクは、２相基準座標系における固定子磁束、および２相基準座標系における固定子電流の関数として求めることができる。
【００１８】
さらに、本発明の主題は、自動車両用の交流機械の回転子の位置および速度を推定するシステムである。そのシステムは、
固定子電流の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電流の関数として、２相基準座標系において求める第１の手段と、
固定子電圧の成分を、コンコルディア変換によって、３相基準座標系における固定子電圧の関数として、２相基準座標系において求める第２の手段と、
固定子の速度を、２相基準座標系における固定子電圧の関数として、反復して求める第３の手段と、
固定子磁束を、回転子の速度、ならびに測定ノイズおよび偏差の除去パラメータを求める第４の手段によって導出される該パラメータの関数として、２相基準座標系において推定する手段と、
回転子の位置を、２相基準座標系における固定子磁束、２相基準座標系における固定子電流、および等価インダクタンスの関数として求める第５の手段と
を備える。
【００１９】
第４の手段は、２相基準座標系における固定子電流、２相基準座標系における固定子電圧、および回転子の回転速度の関数として、測定ノイズおよび偏差除去パラメータを求めることができる。
【００２０】
電気機械が同期タイプのものであるとき、等価インダクタンスは、固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定することができる。
【００２１】
電気機械が非同期タイプのものであるとき、等価インダクタンスは、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として求めることができる。
【００２２】
推定システムは、２相基準座標系における固定子磁束、および２相基準座標系における固定子電流の関数として電磁トルクを求める第６の手段を備え得る。
【００２３】
本発明の他の目的、特徴、利点が、添付図面を参照して単に非限定的例として示される以下の説明を読むことにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による推定方法の主要ステップの図である。
【図２】本発明による推定システムの主要要素の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、電気機械の回転子の位置および速度を求めることを可能にする数学的および物理的原理を説明する。
【００２６】
固定子電流ｉａ、ｉｂ、およびｉｃは測定される。電圧ｖａ、ｖｂ、およびｖｃは制御レベルで知られている。
【００２７】
以下の式を適用することによって、３相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃから２相電圧ｖα、ｖβが計算される。
2019519189.tif 000003
【００２８】
多相機械の場合、２相基準座標系への変換は、当業者には知られている当技術分野の一部を形成する。
【００２９】
以下の式を適用することによって、３相電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃから２相電圧ｉα、ｉβが計算される。
2019519189.tif 000004
【００３０】
これら変換は、固定子に関する３相基準座標系全体の固定子に関する２相基準座標系全体へのコンコルディア変換としても一般に知られていることに留意されたい。
【００３１】
時点ｋにおける速度ω（ｋ）は、以下のアルゴリズムによって反復計算される。
φ（０）＝０
ω（０）＝０
φ（ｋ）＝φ（ｋ−１）＋Ｔｓ（ω（ｋ−１）＋ｍφ（ｖα（ｋ−１）ｓｉｎφ（ｋ−１）−ｖβ（ｋ−１）ｃｏｓφ（ｋ−１）））
ω（ｋ）＝ω（ｋ−１）＋ｍωＴｓ（ｖα（ｋ）ｓｉｎφ（ｋ）−ｖβ（ｋ）ｃｏｓφ（ｋ））  （式３）
式中、
ｍφおよびｍω：設定パラメータ
Ｔｓ：サンプリングピッチ
φ（ｋ）：速度の推定を可能にする変数（初期値は零）
【００３２】
式３は、パラメータｍφおよびｍωによって設定することができる速度の推定を確保する。これらパラメータの値が高ければ、推定は速くなるが、ノイズが多くなる。これら値が低ければ、推定の収束が遅くなるが、ノイズは少なくなる。
【００３３】
２つの数量ｅα（ｋ）およびｅβ（ｋ）が、以下の式によって定義される。
ｅα（ｋ）＝ｖα（ｋ）−Ｒｓｉα（ｋ）＋ｍα・Ｓω（ｋ）（ｖβ（ｋ）−Ｒｓｉβ（ｋ））
ｅβ（ｋ）＝ｖβ（ｋ）−Ｒｓｉβ（ｋ）−ｍβ・Ｓω（ｋ）（ｖα（ｋ）−Ｒｓｉα（ｋ））
（式４）
式中、
ω（ｋ）＞０であれば、Ｓω（ｋ）＝１
ω（ｋ）＝０であれば、Ｓω（ｋ）＝０
ω（ｋ）＜０であれば、Ｓω（ｋ）＝−１
０＜ｍα、ｍβ＜１                                                （式５）
Ｒｓ：固定子抵抗
【００３４】
一般に、２つの数量ｅα（ｋ）およびｅβ（ｋ）に関して以下の値が選択される。
ｍα＝ｍβ＝０．３                                                （式６）
【００３５】
２相基準座標系における固定子磁束
2019519189.tif 000005
は、以下の式によって推定される。
2019519189.tif 000006
【００３６】
式７を使用することによって、磁束の推定が、センサの生じるノイズおよび偏差に対して確実に頑強になる。パラメータｍαおよびｍβは、収束の速度、および擾乱（ノイズ、偏差など）の除去を確保するように選択される。これら２つのパラメータが零である場合、擾乱のフィルタリングが行われず、推定が収束しない恐れがある。それらパラメータが１である場合、良好なフィルタリングおよび擾乱の除去が確保されるが、静的誤差が生じるのを見る恐れがある。
【００３７】
その値が０．２〜０．７にあると、良好な推定特性が確保される。
【００３８】
さらに、式７は、従来技術において提案された推定法よりいっそう安定している。
【００３９】
位置
2019519189.tif 000007
は、以下の式を適用することによって、推定された磁束から推定される。
2019519189.tif 000008
【００４０】
同期機械に対しては、等価インダクタンスＬｅｑは、固定子のインダクタンスのＱ軸成分（Ｌｑ）によって置き換えられる。
Ｌｅｑ＝Ｌｑ                                                        （式９）
【００４１】
非同期機械に対しては、等価インダクタンスＬｅｑは、固定子の過渡インダクタンスによって置き換えられる。
2019519189.tif 000009
式中、
Ｌｓ：固定子インダクタンス、
Ｌｒ：回転子インダクタンス、および
Ｍ：非同期機械における固定子と回転子との相互インダクタンス
【００４２】
電磁トルクＣｍ（ｋ）は、以下の式を適用することによって、推定された磁束、および電流から推定することができる。
2019519189.tif 000010
【００４３】
次に、交流機械の回転子の位置および速度を、固定子電流（ｉａ、ｉｂ、ｉｃ）、固定子電圧（ｖａ、ｖｂ、ｖｃ）、固定子抵抗、および等価インダクタンスＬｅｑを知った上で、推定する方法の主要ステップの説明に進む。これらステップが図１によって示される。
【００４４】
第１のステップでは、固定子電流および固定子電圧を、３相基準座標系において求める。固定子電圧は、直接、電気機械の制御手段から取得することができることに留意されたい。
【００４５】
第２のステップでは、固定子電流の成分を、式２を適用することによって３相基準座標系における固定子電流の関数として、２相基準座標系において求め、固定子電圧の成分を、式１を適用することによって３相基準座標系における固定子電圧の関数として、２相基準座標系において求める。
【００４６】
第３のステップでは、固定子の速度を、式３を適用することによって２相基準座標系における固定子電圧の関数として求める。
【００４７】
第４のステップでは、固定子磁束を、式４〜式６と組み合わせて式７を適用することによって、回転子の速度、固定子抵抗、ならびに２相基準座標系における固定子電流および電圧の関数として、２相基準座標系において求める。この推定は、電流センサの測定ノイズおよび偏差を、式４によって定義される２つのパラメータによって除去することを可能にする。この推定は使用される機械のタイプに無関係である。
【００４８】
第５のステップでは、回転子の位置を、式８を適用することによって、２相基準座標系における固定子磁束、２相基準座標系における固定子電流、および等価インダクタンスの関数として求める。
【００４９】
電気機械が同期タイプのものである場合、等価インダクタンスは、固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定される。
【００５０】
電気機械が非同期タイプのものである場合、等価インダクタンスは、式１０を適用することによって、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として求められる。
【００５１】
最後に、電磁トルクを、式１１を適用することによって、２相基準座標系における固定子磁束および２相基準座標系における固定子電流の関数として求める。
【００５２】
次に、交流機械の回転子の位置および速度を、固定子電流（ｉａ、ｉｂ、ｉｃ）、固定子電圧（ｖａ、ｖｂ、ｖｃ）、固定子抵抗、および等価インダクタンスＬｅｑを知った上で、推定するシステムの主要要素の説明に進む。これら要素が図２によって示される。
【００５３】
第１の決定手段１１が、式２を適用することによって、３相基準座標系における固定子電流の関数として、２相基準座標系において固定子電流の成分を求める。
【００５４】
第２の決定手段１２が、式１を適用することによって、３相基準座標系における固定子電圧の関数として、２相基準座標系において固定子電圧の成分を求める。
【００５５】
第３の決定手段１３が、式３を適用し、反復して、２相基準座標系における固定子電圧の関数として固定子の速度を求める。
【００５６】
推定手段１５が、式４〜式６と組み合わせて式７を適用することによって、回転子の速度、固定子抵抗、ならびに２相基準座標系における固定子電流および電圧の関数として、２相基準座標系における固定子磁束を推定する。より具体的には、第４の決定手段１４が、式４〜式６を適用することによって、２相基準座標系における固定子電流、２相基準座標系における固定子電圧、固定子抵抗、および回転子の回転速度の関数として、測定ノイズおよび偏差の除去パラメータを求め、推定手段１５が、第４の決定手段によって求められた除去パラメータ、および第３の手段によって求められた回転子の速度の関数として固定子磁束を推定する。
【００５７】
第５の決定手段１６が、式８を適用することによって、２相基準座標系における固定子磁束、２相基準座標系における固定子電流、および等価インダクタンスの関数として回転子の位置を求める。
【００５８】
電気機械が同期タイプのものである場合、等価インダクタンスは、固定子のインダクタンスのＱ軸成分に等しく設定される。
【００５９】
電気機械が非同期タイプのものである場合、図２に示されていない決定手段が、式１０を適用することによって、相互インダクタンス、固定子インダクタンス、および回転子インダクタンスの関数として等価インダクタンスを求める。
【００６０】
最後に、第６の決定手段１７が、式１１を適用することによって、２相基準座標系における固定子磁束および２相基準座標系における固定子電流の関数としてさらに電磁トルクも求める。
【図１】
2019519189.tif 000011
【図２】
2019519189.tif 000012
【国際調査報告】
2019519189.tif 000013
2019519189.tif 000014
2019519189.tif 000015
2019519189.tif 000016
2019519189.tif 000017
2019519189.tif 000018
2019519189.tif 000019